CN112173082B - 一种气流辅助控制的微涡流发生装置 - Google Patents

一种气流辅助控制的微涡流发生装置 Download PDF

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Abstract

一种气流辅助控制的微涡流发生装置，主要包括高压供气路、气流辅助控制装置、微涡流发生器(14)、超声速被控面(13)，气流通过气流辅助控制装置，由高压供气路进入，并在超声速被控面形成与微涡发生器几何相似的气动构型，通过控制电磁阀，可以改变此气动构型，能够通过气流辅助提高了微涡流发生器的控制效果，同时极大限度的拓宽了微涡流发生器的适用工况。

Description

一种气流辅助控制的微涡流发生装置
技术领域
本发明涉及一种气流辅助控制的微涡流发生装置，属于超声速飞行器控制领域。
背景技术
超声速飞行器的内、外流场中普遍存在复杂的流动分离现象，此现象导致壁面湍流脉动及粘性耗散急剧增强，引发阻力增加、升力降低、失速提前等不良后果，还使得进气道喉道附近流场畸变、总压恢复下降、发动机不起动等。因此，探求高效、稳定的流动分离技术成为当前高速飞行器技术研究中的重要课题之一。
微涡流发生器因其简单的结构和良好的控制效果，成为超声速流动控制中最常见的一种技术。微涡流发生器会形成一系列与流向垂直并且排列整齐的涡环结构，由此增强了边界层与主流间的能量输运，边界层内部的能量得以增加，进而达到流动控制的目的。但是现有的微涡流发生器技术存在一个很大的不足，即适用工况范围窄。现有的微涡流发生器在工作过程中，不能改变其设计外形，只能在设计工况下才有较为理想的控制效果。随着飞行器技术的不断发展，飞行工况被进一步拓宽，这就极大限制了微涡流发生器的应用场景和控制效果。
因此，针对以上技术不足，需要提供一种可适用于较宽工况的微涡流发生器。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，传统超声速飞行器的微涡流发生器适用工况范围窄、无法改动设计外形、控制效果不理想的问题，提出了一种气流辅助控制的微涡流发生装置。
本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：
一种气流辅助控制的微涡流发生装置，包括高压供气路、气流辅助控制装置、微涡流发生器、超声速被控面，所述高压供气路包括储气腔进气孔、储气腔引气管、储气腔，气流辅助控制装置包括斜缝进气孔、斜缝导气管、电磁阀、斜缝，所述斜缝进气孔包括2号斜缝前进气孔、1号斜缝前进气孔、1号斜缝后进气孔、2号斜缝后进气孔，所述斜缝导气管包括2号斜缝前导气管、1号斜缝前导气管、1号斜缝后导气管、2号斜缝后导气管，电磁阀包括2号斜缝后电磁阀、1号斜缝后电磁阀、1号斜缝前电磁阀、2号斜缝前电磁阀，斜缝包括2号斜缝和1号斜缝，气流分别经过储气腔进气孔、储气腔引气管进入储气腔，由储气腔分为四路，分别经过2号斜缝前进气孔、1号斜缝前进气孔、1号斜缝后进气孔、2号斜缝后进气孔进入对应的2号斜缝前导气管、1号斜缝前导气管、1号斜缝后导气管、2号斜缝后导气管内，通过2号斜缝后电磁阀、1号斜缝后电磁阀、1号斜缝前电磁阀、2号斜缝前电磁阀进行通断控制，于超声速被控面形成与微涡流发生器形状近似的气动构型，与微涡流发生器相互耦合以增强气流流动控制效果。
所述气流为超声速气流，气流速度的范围是马赫数2～5。
所述微涡流发生器高度与地面边界层厚度之比为0.5～1，微涡流发生器宽度L8与超声速被控面宽度L7之比为0.2～0.3。
所述储气腔内气体的压力与微涡流发生器周围的压力之比为1.5～2。
所述1号斜缝前进气孔直径与1号斜缝后进气孔直径之比为2.5～1.5；所述2号斜缝前进气孔直径与2号斜缝后进气孔直径之比为2～1.2。
所述储气腔进气孔直径与2号斜缝前进气孔直径之比为4～5。
所述1号斜缝顶部宽度L3与1号斜缝底部宽度L6之比为0.4～0.6，1号斜缝斜边宽度L5与1号斜缝底部宽度L6之比为0.2～0.3；2号斜缝顶部宽度L4与2号斜缝底部宽度L1之比为0.5～0.8，2号斜缝斜边宽度L2与2号斜缝底部宽度L1之比为0.2～0.3。
所述1号斜缝前进气孔直径与2号斜缝前进气孔直径之比为0.7～0.9，1号斜缝底部宽度L6与2号斜缝底部宽度L1之比为1～1.5。
所述2号斜缝倾角θ1与微涡流发生器倾角θ3之比为0.98～1.01；所述2号斜缝倾角θ2与微涡流发生器倾角θ3之比为0.99～1.02。
所述1号斜缝后电磁阀与1号斜缝前电磁阀开度之比为0.5～0.8；所述2号斜缝后电磁阀与2号斜缝前电磁阀开度之比0.4～0.7；所述1号斜缝后电磁阀与2号斜缝后电磁阀之比为0.8～0.9。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明提供的一种气流辅助控制的微涡流发生装置，通过气流辅助控制装置的设计，改变了微涡流发生器附近形成的气动构型，改变了微涡流发生器的几何形态，实现了微涡流发生器控制效果的改变，同时通过电磁阀开度的控制，可以改变微涡流发生器周围的气动构型，进而极大限度的扩展了适用工况；通过储气腔进气孔从来流中捕获高压气流，不需要额外气源，简化了整体装置结构。
附图说明
图1为发明提供的微涡流发生装置结构示意图；
图2为发明提供的斜缝结构示意图；
图3为发明提供的微涡流发生器结构示意图；
具体实施方式
一种气流辅助控制的微涡流发生装置，高压供气路、气流辅助控制装置、微涡流发生器14、超声速被控面13，气流通过气流辅助控制装置，由高压供气路进入斜缝后，在超声速被控面13形成与微涡流发生器14几何相似的气动构型，此气动构型与微涡流发生器14相互耦合，增强了流动控制效果。
其中，高压供气路包括储气腔进气孔1，储气腔引气管2和储气腔3。气流辅助控制装置由斜缝进气孔，斜缝导气管，电磁阀和斜缝组成，斜缝进气孔包括2号斜缝前进气孔5、1号斜缝前进气孔6、1号斜缝后进气孔9、2号斜缝后进气孔10；斜缝导气管包括2号斜缝前导气管4、1号斜缝前导气管7、1号斜缝后导气管8、2号斜缝后导气管11；电磁阀包括2号斜缝后电磁阀12、1号斜缝后电磁阀15、1号斜缝前电磁阀16、2号斜缝前电磁阀17；斜缝包括2号斜缝18和1号斜缝19；
气流分别经过储气腔进气孔1、储气腔引气管2进入储气腔3，由储气腔3分为四路，分别经过2号斜缝前进气孔5、1号斜缝前进气孔6、1号斜缝后进气孔9、2号斜缝后进气孔10进入对应的2号斜缝前导气管4、1号斜缝前导气管7、1号斜缝后导气管8、2号斜缝后导气管11内，通过2号斜缝后电磁阀12、1号斜缝后电磁阀15、1号斜缝前电磁阀16、2号斜缝前电磁阀17进行通断控制，于超声速被控面13形成与微涡流发生器14形状近似的气动构型，与微涡流发生器14相互耦合。
来流为超声速气流，气流速度的范围是马赫数2～5；储气腔3内气体的压力与微涡流发生器14周围的压力之比为1.5～2，保证整个气路的通畅；
微涡流发生器14高度与地面边界层厚度之比为0.5～1，微涡流发生器14宽度L8与超声速被控面宽度L7之比为0.2～0.3，保证微涡流发生器14最佳控制效果；
储气腔3内气体的压力与微涡流发生器14周围的压力之比为1.5～2，保证整个气路的通畅；
1号斜缝前进气孔6直径与1号斜缝后进气孔9直径之比为2.5～1.5；所述2号斜缝前进气孔5直径与2号斜缝后进气孔10直径之比为2～1.2，保证可以有足够的气流从储气腔3进入1号斜缝19和2号斜缝18；
储气腔3进气孔直径与2号斜缝前进气孔5直径之比为4～5，可以保证储气腔3内气体的压力；
1号斜缝19顶部宽度L3与1号斜缝19底部宽度L6之比为0.4～0.6，1号斜缝19斜边宽度L5与1号斜缝19底部宽度L6之比为0.2～0.3；2号斜缝18顶部宽度L4与2号斜缝18底部宽度L1之比为0.5～0.8，2号斜缝18斜边宽度L2与2号斜缝18底部宽度L1之比为0.2～0.3，保证1号斜缝19和2号斜缝18可以形成与微涡流发生器14几何相似的气动外形；
1号斜缝前进气孔6直径与2号斜缝前进气孔5直径之比为0.7～0.9，1号斜缝19底部宽度L6与2号斜缝18底部宽度L1之比为1～1.5，可以减少1号斜缝19和2号斜缝18所形成气动外形间的相互干扰；
2号斜缝18倾角θ1与微涡流发生器14倾角θ3之比为0.98～1.01；所述2号斜缝18倾角θ2与微涡流发生器14倾角θ3之比为0.99～1.02，可以尽量减少来流对1号斜缝19和2号斜缝18所形成气动外形的影响；
1号斜缝后电磁阀15与1号斜缝前电磁阀16开度之比为0.5～0.8；所述2号斜缝后电磁阀12与2号斜缝前电磁阀17开度之比0.4～0.7；所述1号斜缝后电磁阀15与2号斜缝后电磁阀12之比为0.8～0.9，调节不同的开度，以适应不同的工况。
下面结合具体实施例进行进一步说明：
如图1所示，包括高压供气路，气流辅助控制装置，微涡流发生器14和超声速被控面13。高压供气路包括储气腔进气孔1，储气腔引气管2和储气腔3。气流辅助控制装置由斜缝进气孔，斜缝导气管，电磁阀和斜缝组成，其中斜缝进气孔包括2号斜缝前进气孔5、1号斜缝前进气孔6、1号斜缝后进气孔9、2号斜缝后进气孔10；斜缝导气管包括2号斜缝前导气管4、1号斜缝前导气管7、1号斜缝后导气管8、2号斜缝后导气管11；电磁阀包括2号斜缝后电磁阀12、1号斜缝后电磁阀15、1号斜缝前电磁阀16、2号斜缝前电磁阀17；斜缝包括2号斜缝18和1号斜缝19。气流通过气流辅助控制装置，由高压供气路进入斜缝后，在超声速被控面13形成与微涡流发生器14几何相似的气动构型，此气动构型与微涡流发生器14相互耦合，增强了流动控制效果。
来流为超声速气流，气流速度的范围是马赫数2～5。储气腔3内气体的压力与微涡流发生器14周围的压力之比为1.5～2，1号斜缝前进气孔6直径Φc与1号斜缝后进气孔9直径Φd之比为2.5～1.5；2号斜缝前进气孔5直径Φb与2号斜缝后进气孔10直径Φe之比为2～1.2；
储气腔3进气孔直径Φa与2号斜缝前进气孔5直径Φb之比为4～5，1号斜缝前进气孔6直径Φc与2号斜缝前进气孔10直径Φb之比为0.7～0.9；
2号斜缝18倾角θ1与微涡流发生器14倾角θ3之比为0.98～1.01；2号斜缝18倾角θ2与微涡流发生器14倾角θ3之比为0.99～1.02；
1号斜缝后电磁阀15与1号斜缝前电磁阀16开度之比为0.5～0.8；2号斜缝后电磁阀12与2号斜缝前电磁阀17开度之比0.4～0.7；1号斜缝后电磁阀15与2号斜缝后电磁阀12之比为0.8～0.9。
如图2所示，1号斜缝19顶部宽度L3与1号斜缝19底部宽度L6之比为0.4～0.6，1号斜缝19斜边宽度L5与1号斜缝19底部宽度L6之比为0.2～0.3；2号斜缝18顶部宽度L4与2号斜缝18底部宽度L1之比为0.5～0.8，2号斜缝18斜边宽度L2与2号斜缝18底部宽度L1之比为0.2～0.3；
1号斜缝19底部宽度L6与2号斜缝18底部宽度L1之比为1～1.5。
如图3所示，微涡流发生器14高度H与当地边界层厚度之比为0.5～1，微涡流发生器14宽度L8与超声速被控面13宽度L7之比为0.2～0.3，保证微涡流发生器14最佳控制效果。
本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气流辅助控制的微涡流发生装置，其特征在于：包括高压供气路、气流辅助控制装置、微涡流发生器(14)、超声速被控面(13)，所述高压供气路包括储气腔进气孔(1)、储气腔引气管(2)、储气腔(3)，气流辅助控制装置包括斜缝进气孔、斜缝导气管、电磁阀、斜缝，所述斜缝进气孔包括2号斜缝前进气孔(5)、1号斜缝前进气孔(6)、1号斜缝后进气孔(9)、2号斜缝后进气孔(10)，所述斜缝导气管包括2号斜缝前导气管(4)、1号斜缝前导气管(7)、1号斜缝后导气管(8)、2号斜缝后导气管(11)，电磁阀包括2号斜缝后电磁阀(12)、1号斜缝后电磁阀(15)、1号斜缝前电磁阀(16)、2号斜缝前电磁阀(17)，斜缝包括2号斜缝(18)和1号斜缝(19)，气流分别经过储气腔进气孔(1)、储气腔引气管(2)进入储气腔(3)，由储气腔(3)分为四路，分别经过2号斜缝前进气孔(5)、1号斜缝前进气孔(6)、1号斜缝后进气孔(9)、2号斜缝后进气孔(10)进入对应的2号斜缝前导气管(4)、1号斜缝前导气管(7)、1号斜缝后导气管(8)、2号斜缝后导气管(11)内，通过2号斜缝后电磁阀(12)、1号斜缝后电磁阀(15)、1号斜缝前电磁阀(16)、2号斜缝前电磁阀(17)进行通断控制，于超声速被控面(13)形成与微涡流发生器(14)形状近似的气动构型，与微涡流发生器(14)相互耦合以增强气流流动控制效果。
2.根据权利要求1所述的一种气流辅助控制的微涡流发生装置，其特征在于：所述气流为超声速气流，气流速度的范围是马赫数2～5。
3.根据权利要求1所述的一种气流辅助控制的微涡流发生装置，其特征在于：所述微涡流发生器(14)高度与地面边界层厚度之比为0.5～1，微涡流发生器(14)宽度L8与超声速被控面宽度L7之比为0.2～0.3。
4.根据权利要求1所述的一种气流辅助控制的微涡流发生装置，其特征在于：所述储气腔(3)内气体的压力与微涡流发生器(14)周围的压力之比为1.5～2。
5.根据权利要求1所述的一种气流辅助控制的微涡流发生装置，其特征在于：所述1号斜缝前进气孔(6)直径与1号斜缝后进气孔(9)直径之比为2.5～1.5；所述2号斜缝前进气孔(5)直径与2号斜缝后进气孔(10)直径之比为2～1.2。
6.根据权利要求1所述的一种气流辅助控制的微涡流发生装置，其特征在于：所述储气腔(3)进气孔直径与2号斜缝前进气孔(5)直径之比为4～5。
7.根据权利要求1所述的一种气流辅助控制的微涡流发生装置，其特征在于：所述1号斜缝(19)顶部宽度L3与1号斜缝(19)底部宽度L6之比为0.4～0.6，1号斜缝(19)斜边宽度L5与1号斜缝(19)底部宽度L6之比为0.2～0.3；2号斜缝(18)顶部宽度L4与2号斜缝(18)底部宽度L1之比为0.5～0.8，2号斜缝(18)斜边宽度L2与2号斜缝(18)底部宽度L1之比为0.2～0.3。
8.根据权利要求1所述的一种气流辅助控制的微涡流发生装置，其特征在于：所述1号斜缝前进气孔(6)直径与2号斜缝前进气孔(5)直径之比为0.7～0.9，1号斜缝(19)底部宽度L6与2号斜缝(18)底部宽度L1之比为1～1.5。
9.根据权利要求1所述的一种气流辅助控制的微涡流发生装置，其特征在于：所述2号斜缝(18)倾角θ1与微涡流发生器(14)倾角θ3之比为0.98～1.01；所述2号斜缝(18)倾角θ2与微涡流发生器(14)倾角θ3之比为0.99～1.02。
10.根据权利要求1所述的一种气流辅助控制的微涡流发生装置，其特征在于：所述1号斜缝后电磁阀(15)与1号斜缝前电磁阀(16)开度之比为0.5～0.8；所述2号斜缝后电磁阀(12)与2号斜缝前电磁阀(17)开度之比0.4～0.7；所述1号斜缝后电磁阀(15)与2号斜缝后电磁阀(12)之比为0.8～0.9。
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